JP2005233031A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造が簡単で、機関弁の弁リフトの可変自由度が大きく、かつ、高圧ポンプが不要な内燃機関の可変動弁装置を提供する。
【解決手段】 弁ばね１２により閉弁方向に付勢された排気弁７等の機関弁を開閉作動させる内燃機関の可変動弁装置に関する。弁駆動カム機構３０と、該弁駆動カム機構３０とは別に排気弁７等に作用し、排気弁７等の閉弁作動を、弁駆動カム機構３０による閉弁作動よりも遅らせる開弁保持ピストン５１を有する油圧式開弁保持機構５０とを備え、開弁作動期間では弁駆動カム機構３０により弁を作動させ、閉弁作動期間では、弁駆動カム機構３０と油圧式開弁保持機構５０とを択一的に作動させるようにしてある。前記開弁保持ピストンの作動を制御することにより、開弁保持機構選択時における機関弁の開弁保持高さ及び開弁保持期間を連続的に変更可能となっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、弁ばねにより閉弁方向に付勢された吸気用又は排気用の機関弁、すなわち吸気弁または排気弁を開閉作動させる内燃機関の可変動弁装置に関する。

吸気弁又は排気弁の開閉作動を可変とする可変動弁装置は、従来、以下のように各種開発されている。

（１）カム式＋電磁アクチュエータ保持式
弁軸上端に設けられた弁ばね受けとシリンダヘッドの間に電磁アクチュエータを配置し、弁駆動カムにより開弁作動を行い、閉弁作動時には電磁アクチュエータにより所定の開弁状態を保持する構成である（特許文献１参照）。

（２）全カム式＋全油圧式
開弁作動から閉弁作動までの全開閉行程を、カム式の動力伝達手段と油圧式動力伝達手段とを択一的に切り換えて行う構成である（特許文献２参照）。

特開昭６３−２８９２０８号公報 特開平６−１１７２１０号公報

前者のカム式＋電磁アクチュエータ保持式では、いわゆるロストモーション式となり、カムによるリフトが最大開弁範囲となり、電磁アクチュエータによる可変範囲はカムリフト範囲内に限定される。図１５はカム式＋電磁アクチュエータ保持式における弁リフトの変化を示しており、実線で示す曲線Ｙ1がカムによるリフトとすると、電磁アクチュエータにより変更される弁リフトは、破線Ｙ2、Ｙ3で示すようにカムによる弁リフトＹ1内に制限され、Ｙ1よりも広げることはできず、可変範囲が大幅に制限される。ちなみに、可変範囲を広げようとすれば、カムプロフィルを変更して、カム山を高くし、また、回転方向に長く形成しなければならず、カムの加工が複雑化する。

後者の全カム式＋全油圧式では、全油圧式に切り換えて運転する場合、開弁開始時期から閉弁終了時期までの全期間を油圧で作動することになるが、開弁作動時には、弁ばねに抗して機関弁を作動させるため、作動油を高圧で使用しなければならず、機関の出力ロスが大きくなると共に、高圧用の複雑な油圧機器及び配管設備が必要となり、部品点数の増加及び部品コストの増加を招く。また、メンテナンスにも手間がかかる。

上記課題を解決するため、本願請求項１記載の発明は、弁ばねにより閉弁方向に付勢された吸気用又は排気用の機関弁を開閉作動させる内燃機関の可変動弁装置において、弁駆動カム機構と、該弁駆動カム機構とは別に機関弁に作用し、機関弁の閉弁作動を、弁駆動カム機構による閉弁作動よりも遅らせる開弁保持ピストンを有する油圧式開弁保持機構とを備え、開弁作動期間では弁駆動カム機構により機関弁を作動させ、閉弁作動期間では、弁駆動カム機構と油圧式開弁保持機構とを択一的に作動させるようにしてある。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記開弁保持ピストンの作動を制御することにより、開弁保持機構選択時における機関弁の開弁保持高さ及び開弁保持期間を連続的に変更可能となっている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記開弁保持ピストンの作動を制御することにより、油圧式開弁保持機構選択時における機関弁の閉弁開始時期を変更可能となっている。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、弁駆動カム機構は、タペット、プッシュロッド及び弁腕を順に介して機関弁に連動連結しており、プッシュロッドは、弁腕に対してプッシュロッド移動方向に相対移動可能に連結すると共に、補助ばねにより弁駆動カムのカム面に押し付けられ、かつ、上記相対移動可能な連結部分には脱落防止機構を設けてある。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、油圧式開弁保持機構は、該油圧式開弁保持機構選択時における開弁保持状態を解除した時に、機関弁の着座速度を制限する着座緩衝機構を有している。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の内燃機関の可変動弁装置において、着座緩衝機構として、油圧室の作動油出口部に可変オリフィスを設けてある。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の内燃機関の可変動弁装置において、着座緩衝機構として、油圧室の作動油出口部に可変オリフィスを設け、電磁開閉弁を備えた作動油入口部を油圧室底部に開口し、開弁保持ピストンの下降動作終端において前記電磁開閉弁を開放するようにしてある。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、開弁保持ピストンは、油圧室から上方に突出するように配置されている。

請求項９記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、油圧室の作動油圧力が所定値以上になった時に開いて油圧室内の作動油を逃がす安全弁が設けられている。

請求項１０記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、弁駆動カム機構とは別体の油圧式開弁保持機構は、弁駆動カム機構を備えた内燃機関の本体に対し、着脱可能に取り付けてある。

請求項１１記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、油圧室の作動油出口部を他の機関弁用の油圧式開弁保持機構の油圧室の作動油入口部に連通し、油圧式開弁保持機構による開弁保持を開放した時に油圧室から排出される作動油を上記他の油圧式開弁保持機構の油圧室に供給するようにしてある。

請求項１２記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、弁駆動カム機構のカム面により決定される機関弁の最大高さは、弁カーテン面積が弁シート部の流通断面積と略同じなる程度に抑制されている。

請求項１３記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、油圧式開弁保持機構による開弁保持開始時期は、排気用の機関弁と機関ピストンが干渉しない弁高さに設定されている。

請求項１４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、弁駆動カム機構のカム面には、機関弁開閉用の通常のカム山の他に再啓開用のカム山を形成し、油圧式開弁保持機構により、前記再啓開の期間を可変としている。

請求項１５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、１つの気筒内の吸気用の機関弁と排気用の機関弁にそれぞれ弁駆動カム機構及び油圧式開弁保持機構を設け、共通の電磁開閉弁により、各油圧式開弁保持機構の作動油排出部を開閉するようにしてある。

請求項１６記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、内燃機関は複数の気筒を有しており、共通の電磁開閉弁により、各気筒の油圧式開弁保持機構の作動油排出部を開閉するようにしてある。

請求項１７記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、油圧式開弁保持機構は、閉弁速度を調整可能な閉弁速度調整機構を有している。

請求項１８記載の発明は、請求項１７記載の内燃機関の可変動弁装置において、閉弁速度調整機構は、開弁保持ピストンに形成された切欠きと、油圧室に開口する可変オリフィスとから構成され、開弁保持ピストンを回動することにより、切欠きが上記可変オリフィスの開口部を覆う面積を調節可能としている。

請求項１９記載の発明は、請求項１７記載の内燃機関の可変動弁装置において、開弁保持ピストンに形成される切欠きは、開弁保持ピストンの運動方向に複数形成してある。

請求項２０記載の発明は、請求項１９記載の内燃機関の可変動弁装置において、複数の切欠きは、弁保持解除後の閉弁作動時に、順次閉弁速度を遅くするように配置されている。

（１）吸気弁又は排気弁等の機関弁の開弁作動は常に弁駆動カム機構で行い、閉弁作動を、弁駆動カム機構又は開弁保持ピストンを有する油圧式開弁保持機構のいずれかを選択して行うので、たとえば開弁作動も油圧で行う全油圧式の可変動弁装置に比べ、油圧式開弁保持機構を駆動するために高圧ポンプを備える必要はなくなり、機械損失の少ない可変動弁装置を提供できる。

（２）機関弁の閉弁作動時には、弁駆動カム機構と油圧式開弁保持機構を択一的に使用するので、前記従来のカム式＋電磁アクチュエータ式に比べ、油圧式開弁保持機構による作動範囲を、弁駆動カム機構による作動範囲より広く、かつ自由に設定することが可能となり、閉弁作動範囲の自由度が増加する。

（３）油圧式開弁保持機構として、機関弁を弁ばねに抗して開弁状態に保持する開弁保持ピストンを利用していると、開弁保持ピストンをたとえば弁腕等に当接可能に対向するように配置するだけで良く、油圧式開弁保持機構の組付け作業が簡単になる。

（４）前記開弁保持ピストンの作動を制御することにより、開弁保持機構選択時における機関弁の開弁保持高さ及び開弁保持期間を連続的に変更可能となっていると、機関弁の閉弁作動時の弁リフト特性を、所望の特性に簡単かつ自由に設定することができ、また、閉弁開始時期も簡単かつ自由に選択することができる。

（５）弁腕を備えたＯＨＶ型内燃機関において、プッシュロッドを、弁腕に対してプッシュロッド移動方向に相対移動可能に連結すると共に、補助ばねにより弁駆動カムのカム面に押し付け、かつ、上記相対移動可能な連結部分に脱落防止機構を設けてあると、閉弁作動時に油圧式開弁保持機構を選択した場合でも、弁駆動カム機構のプッシュロッドの動作を円滑な状態に維持できる。

（６）油圧式開弁保持機構選択時における開弁保持状態を解除した時に、弁の着座速度を制限する着座緩衝機構を備えていると、油圧式開弁保持機構選択時における弁の着座動作を、円滑に行うことができ、機関弁の着座衝撃及び騒音を防ぐことができる。

（７）着座緩衝機構として、油圧室の作動油出口部に可変オリフィスを設けてあると、簡単な構成により、機関弁が着座するまでの速度を制限できる。

（８）着座緩衝機構として、油圧室の作動油出口部に可変オリフィスを設け、電磁開閉弁を備えた作動油入口部を油圧室底部に開口し、開弁保持ピストンの下降動作終端において前記電磁開閉弁を開放するようにしてあると、着座時の緩衝を行えると共に、作動油の温度等に変化に対して確実な閉弁状態を確保することができる。

（９）開弁保持ピストンを、油圧室から上方に突出するように配置してあると、内燃機関を非運転状態で長期間放置した場合に、たとえ油圧室の作動油が抜けても、開弁保持ピストンは機関弁等を閉じる方向に移動するので、次の使用時には確実に弁駆動カム機構により開弁し、始動することができる。また、前記のように油圧室から作動油が抜けた状態でさらに長期間放置された場合に、たとえ錆や作動油の劣化により開弁保持ピストンが膠着しても、期間の始動に差し障ることはない。また、油圧式開弁保持機構の作動油入口部の電磁開閉弁への通電が遮断されて場合でも、弁駆動カム機構により機械的に吸気弁等を作動させることは可能であり、機関の始動に支障をきたすことはない。

（１０）油圧室に安全弁を設けてあると、たとえば機関弁と機関ピストンが干渉して油圧室に過大な圧力がかかった場合でも、速やかに油圧室より作動油を排出し、機関弁を機関ピストンと共に動かし、それにより機関の損傷を防ぐことができる。

（１１）弁駆動カム機構とは別体の開弁保持機構を、弁駆動カム機構を備えた内燃機関の本体に対し、着脱可能に取り付けてあると、弁駆動カム機構のみを備えた従来の機関を少し改良するだけで、本発明の可変動弁装置付の内燃機関を製造することができる。また、弁駆動カム機構のみを有する内燃機関と、弁駆動カム機構と油圧式開弁保持機構とを併用する内燃機関との互換性を大幅に上げることができ、部品の共通化による製造及び部品管理コストを抑えることができる。

（１２）油圧室の作動油出口部を他の機関弁用の油圧式開弁保持機構の油圧室の作動油入口部に連通し、油圧式開弁保持機構による開弁保持を開放した時に油圧室から排出される作動油を上記他の油圧式開弁保持機構の油圧室に供給するようにしてあると、弁駆動カムによらず、油圧室からの排出時の圧力で機関弁を微小開弁できる。

（１３）弁駆動カム機構のカム面により決定される機関弁の最大高さを、弁カーテン面積が弁シート部の流通断面積と略同じなる程度に抑制していると、カムの高さを必要最小限に低くすることができ、弁駆動カム機構による動弁系をコンパクト化できると共に、弁駆動カムの設計が楽になる。

（１４）油圧式開弁保持機構による開弁保持開始時期を、排気用の機関弁と機関ピストンが干渉しない弁高さに設定していると、油圧式開弁保持機構を選択した場合でも前記干渉により機関を損傷することはない。

（１５）弁駆動カム機構のカム面に、機関弁開閉用の通常のカム山の他に再啓開用のカム山を形成し、油圧式開弁保持機構により、再啓開期間を可変としていると、弁駆動カム機構のカム形状を複雑化することなく、排気弁の再啓開の期間を自由に設定することができる。

（１６）１つの気筒内の排気弁と吸気弁にそれぞれ弁駆動カム機構及び油圧式開弁保持機構を設け、共通の電磁開閉弁により、両油圧式開弁保持機構を開閉するようにしていると、部品コストを低減できると共にコンパクト化も達成できる。

（１７）複数気筒の内燃機関において、各気筒の開弁保持機構の作動油排出部を開閉する電磁開閉弁を共用してあると、部品コストを低減できると共にコンパクト化も達成できる。

（１８）開弁保持機構に閉弁速度調整機構を備えていると、開弁保持ピストンの下降速度を調整することにより、機関弁の閉弁速度を調整でき、より最適な弁リフト特性を得ることができる。

（１９）閉弁速度調整機構は、開弁保持ピストンに形成された切欠きと、油圧室に開口する可変オリフィスとから構成され、開弁保持ピストンを回動することにより、切欠きが上記可変オリフィスの開口部を覆う面積を調節可能としていると、開弁保持ピストンを回動するという簡単な調整により、開弁保持ピストンの下降速度を調節でき、吸気弁等の着座速度を適正な速度に遅らせることができる。

（２０）開弁保持ピストンに形成される切欠きを、開弁保持ピストンの運動方向に複数形成してあると、開弁保持ピストンの下降速度を複数段に制御でき、より適切な機関弁の閉動作を得ることができる。

（２１）複数の切欠きを、開弁保持解除後の閉弁作動時に、順次閉弁速度を遅くするように配置されていると、開弁保持ピストンの下降速度を順次遅くなるように制御できるので、より適切な機関弁の閉動作を得ることができる。

[発明の第１の実施の形態]
（機関弁及び弁駆動用カム機構）
図１〜図５は、ＯＨＶ型内燃機関に本発明の可変動弁装置を適用した例である。特許請求の範囲においては、排気用機関弁及び吸気用機関弁と表現しているが、いわゆる排気弁と吸気弁であるので、実施の形態においては、排気弁又は吸気弁と具体的に称して説明する。図１は、排気弁近傍の縦断面略図であり、この図１において、シリンダヘッド１内には排気通路２が形成され、該排気通路２の一端は排気ポート３として燃焼室５に開口している。排気ポート３には排気弁７が開閉可能に配置され、弁シート部８に着座可能となっている。

排気弁７の弁軸７ａは、弁軸受胴９を介してシリンダヘッド１に摺動可能に支持されると共に、上方の弁腕室１０内に突出している。弁軸７ａの上端部には円板状のばね受け１１が固定され、該ばね受け１１と弁腕室１０の底面との間には弁ばね１２が縮設され、該弁ばね１２の弾性力により排気弁７を上方に付勢し、弁シート部８に着座させている。

弁軸７ａの上端面には両腕状の排気弁腕１５の一端押え部１５ａが上方から当接している。排気弁腕１５は、弁腕室１０に設けられた弁腕軸１７に揺動可能に支持されており、前述のように一端押え部１５ａは弁軸７ａの上端に当接しており、排気弁腕１５の他端部には、カム動力伝達用の第１のボルト２０と、油圧式開弁保持機構５０用の第２のボルト２１が螺挿され、両ボルト２０、２１は弁腕１５の下面から下方に一定量突出すると共に、それぞれロックナット２２、２３により突出量調節可能に固定されている。第１のボルト２０は第２のボルト２１よりも弁腕軸心Ｏ1寄りに位置している。すなわち、弁腕軸芯Ｏ1から第１のボルト２０までの距離は弁腕軸心Ｏ1から第２のボルト２１までの距離よりも短くなっている。

第１のボルト２０は、プッシュロッド３１及びタペット３２を介して排気カム３３に連結しており、上記第１のボルト２０、プッシュロッド３１、タペット３２及び排気カム３３等により、排気弁駆動カム機構３０を構成している。排気カム３３は弁腕軸１７と平行なカム軸３５に形成されており、周知のようにクランク軸の２回転により１回転するようにクランク軸に連結されている。タペット３２は機関本体に形成された支持孔３６に摺動可能に嵌合支持され、該タペット３２内にプッシュロッド３１の下端部が挿入されている。

図２は排気弁腕１５の他端部近傍の拡大図であり、プッシュロッド３１の上端部には、ばね受けつば３８を有する継手部４０が一体に固着されており、該継手部４０の上端には第１のボルト２０との連結部として凹部４１が形成され、該凹部４１内に、前記第１のボルト２０の下端部がプッシュロッド移動方向移動可能に挿入され、凹部４１の底面に当接している。継手部４０の前記つば３８とシリンダヘッド１に形成された環状段部４３の間には、補助ばね４５が縮設されており、この補助ばね４５によりプッシュロッド３１を下方に付勢し、図１のタペット３２を常時排気カム３３に当接させている。
（油圧式開弁保持機構）

図２において、排気弁腕１５に螺着された前記第２のボルト２１の下端には、シリンダヘッド１内に設けられた油圧式開弁保持機構５０の開弁保持ピストン５１の上端が当接可能に対向している。開弁保持ピストン５１は、シリンダヘッド１に形成された油圧室５２に概ね上下方向摺動可能に嵌合しており、油圧室５２に作動油を供給することにより上方へ移動するようになっている。油圧室５２には、油圧室５２の下端側壁に形成された作動油入口６６ａと、油圧室５２の下端から少し上方位置の側壁に形成された微小径の固定オリフィス５４と、該固定オリフィス５４より一定高さ上方に形成された可変オリフィス５３が開口しており、作動油入口６６ａは開弁保持ピストン駆動用の電磁開閉弁５５を介してオイルポンプ５６に接続している。前記両オリフィス５３、５４は合流した後、作動油出口用電磁開閉弁５９を介してオイルタンク５８に接続している。

図３は油圧式開弁保持機構５０の詳細断面図であり、油圧室５２の底壁には安全弁６０を有する排出口６１が開口しており、油圧室５２内の圧力が所定値以上になると、安全弁６０が開き、排出口６１から油圧室５２内の作動油を逃がすようになっている。

前記駆動用電磁開閉弁５５は駆動スプール６３とソレノイド６４等から構成されている。駆動スプール６３は、スプール軸芯方向の中央に小径部６３ａを有すると共に上下に大径部６３ｂ、６３ｃを有し、作動油入口通路６６に形成された円筒孔６７内に軸方向摺動可能に嵌合しており、円筒孔６７の底面とスプール下端の間にはリターンばね６８が介装されている。ソレノイド６４が非通電時には中央小径部６３ａが作動油入口通路６６に位置することにより、作動油入口通路６６は開口状態となり、オイルポンプ５６から油圧室５２内へ作動油が供給され、ソレノイド６４が通電した時には、リターンばね６８に抗してスプール６３が押し下げられ、上側大径部６３ｂにより作動油入口通路６６が塞がれるようになっている。

油圧室５２の側壁に開口する前記２つのオリフィス５３、５４により、着座緩衝機構が構成されている。上側に形成された可変オリフィス５３は、内径がたとえば５Φmmに設定され、開弁保持ピストン５１の下降行程において、開弁保持ピストン５１の外周面により次第に閉じられ、油圧室５２に対する開口面積が減少するようになっている。下側に形成された固定オリフィス５４は、内径がたとえば１Φmmと極めて小さくなっている。両オリフィス５３、５４が連通する作動油出口通路（作動油排出部）６９に配置された前記作動油出口用電磁開閉弁５９は、前記駆動用電磁開閉弁５５と同様に、駆動スプール７３とソレノイド７４等から構成されている。駆動スプール７３は、スプール軸芯方向の中央に小径部７３ａを有すると共に上下に大径部７３ｂ、７３ｃを有し、作動油入口通路６９に形成された円筒孔７７内に軸方向摺動可能に嵌合しており、円筒孔７７の底面とスプール７３の下端の間にはリターンばね７８が介装されている。ソレノイド７４が非通電時には中央小径部７３ａが作動油出口通路６９に位置することにより開口状態となり、油圧室５２の作動油を両オリフィス５３、５４を介して逃がすことができるようになっている。ソレノイド７４が通電すると、リターンばね７８に抗してスプール７３が押し下げられ、上側大径部７３ｂにより作動油出口通路６９を閉じるようになっている。

（油圧式閉弁保持機構の設定１及び作用１）
図５は排気弁の弁リフト特性を示す図であり、実線で示す曲線Ｘ1は弁駆動カム機構３０（図１）による弁リフト特性を示しており、破線で示す曲線Ｘ2、Ｘ3は、前記図３の油圧式開弁保持機構５０によって設定できる閉弁動作時の弁リフト特性の例を示している。

たとえば曲線Ｘ2の弁リフト特性を得たい場合には、図１の弁駆動カム機構３０による開弁作動と並行して、図２の駆動用電磁開閉弁５５を開くことにより油圧室５２に作動油を供給し、排気弁７が図５の最大開位置Ａ1に至るのと同時あるいは続いて図３の開弁保持ピストン５１も最大突出高さＨ1まで上方に突出させ、かつ、該高さＨ1において、駆動用電磁開閉弁５５を閉じるように設定する。一方、作動油出口用電磁開閉弁５９は、開弁保持ピストン５１の上昇開始時から図５の位置Ａ2に至るまで閉状態を維持し、位置Ａ2で開くように設定する。

前記のように設定した場合、排気行程において、まず、図１の弁駆動カム機構３０のプッシュロッド３１により排気弁腕１５の他端部が押し上げられ、これにより排気弁７は弁ばね１２に抗して開弁作動し、着座位置Ａ0から仮想線で示す最大開位置Ａ1まで開く。すなわち、図５の曲線Ｘ1の開弁作動期間Ｔ1に示す弁リフト特性で開弁する。

排気弁全開後、図１のプッシュロッド３１は下降し始めるが、開弁保持ピストン５１は図３の最大高さＨ1に維持されており、これにより第２のボルト２１を介して弁腕１５を保持するため、図１の排気弁７は全開状態で保持される。すなわち図５の位置Ａ1において、実線の曲線Ｘ１から破線の曲線Ｘ2に移行する。

排気弁全開状態のまま弁保持期間Ｔ2が終了すると、位置Ａ2において、図３の作動油出口用電磁開閉弁５９が開くことにより、油圧室５２の作動油が両オリフィス５３、５４から排出され始め、開弁保持ピストン５１は最大高さＨ1から下降し始める。

開弁保持ピストン５１の下降行程において、開弁保持ピストン５１の外周面により可変オリフィス５３の開口部分を塞ぎ始めると、可変オリフィス５３からの作動油排出量が減少することにより、開弁保持ピストン５１の下降速度は遅くなり、これにより図１の排気弁７の閉弁速度も遅くなる。すなわち、排気弁７の着座速度が緩衝され始めることになる。可変オリフィス５３が全閉状態となり、小さな固定オリフィス５４のみから作動油が排出される状態になると、弁保持ピストン５１の下降速度は最小限に抑えられ、排気弁７の着座速度が最も緩衝された状態となる。開弁保持ピストン５１が油圧室５２の底面に接近し、着座直前になると、極めて小さな内径の固定オリフィス５４からのみ作動油が排出されるため、作動油の粘度が高い場合等には、着座速度が極端に遅くなり、着座が遅れる可能性もあるが、これと共に駆動用電磁開閉弁５５を開き、油圧室５２の残りの作動油を完全に排出することにより、排気弁７の確実な着座状態を確保することができる。

該実施の形態において、油圧式開弁保持機構５０の開弁保持ピストン５１を上昇させる場合には、排気弁７から弁腕１５にかかる弁ばね１２の力から切り離した状態で行われるので、ポンプ５６から低圧の作動油を供給するだけで、十分に開弁保持ピストン５１を上昇させることができ、高圧ポンプ等は必要ない。

（閉弁保持機構の設定２及び作用２）
前記図５の曲線Ｘ3の弁リフト特性を得たい場合には、図１の弁駆動カム機構３０による開弁作動と並行して、図２の駆動用電磁開閉弁５５を開くことにより油圧室５２に作動油を供給し、図３の開弁保持ピストン５１が高さＨ3まで上方に突出した時に、駆動用電磁開閉弁５５を閉じるように設定する。一方、作動油出口用電磁開閉弁５９は、上記開弁保持ピストン５１の上昇開始時から図５の位置Ａ4に至るまで閉状態を維持し、位置Ａ4で開くように設定する。

前記のように設定した場合、排気行程において、まず、図１の弁駆動カム機構３０のプッシュロッド３１により排気弁腕１５の他端部が押し上げられ、これにより排気弁７は弁ばね１２に抗して開弁作動し、着座位置Ａ0から仮想線で示す最大開位置Ａ1まで開く。すなわち、図５の曲線Ｘ1の開弁作動期間Ｔ1に示す弁リフト特性で開弁する。

前記排気弁７の開弁作動中において、開弁保持ピストン５１は図３の高さＨ3まで突出し、高さＨ3で保持される。

排気弁全開後、プッシュロッド３１の下降と共に、弁ばね１２の作用により排気弁７も閉弁し始めるが、図５の位置Ａ3において、図３の弁腕１５の第２のボルト２０が高さＨ3の開弁保持ピストン５１に当接し、これにより排気弁７は部分開弁状態に保持される。すなわち図５の位置Ａ3において、実線の曲線Ｘ１から破線の曲線Ｘ3に移行する。

排気弁７が部分的に開いた状態のまま図５開弁保持期間Ｔ4が終了すると、位置Ａ4において、図３の作動油出口用電磁開閉弁５９が開くことにより、油圧室５２の作動油が両オリフィス５３、５４から排出され始め、開弁保持ピストン５１は高さＨ3から下降し始める。

その後の開弁保持ピストン５１の下降は、前記設定１及び作用１の場合と同様であり、説明は省略する。

該実施の形態のように、油圧式開弁保持機構５０により排気弁７の閉弁作動を遅らせる場合には、排気行程後期において機関ピストンが上昇してくるので、開弁保持開始時期及び開始位置（リフト量）は、可能な限り、機関ピストンと排気弁が干渉しない範囲で設定する。

また、油圧式開弁保持機構５０により、自由に閉弁開始時期（図５の位置Ａ1等）、開弁保持開始時期（図５の位置Ａ1又はＡ3等）及び開弁保持期間（図５の期間Ｔ2、Ｔ4等）を設定できるので、弁駆動カム機構３０による排気弁７の最大開位置（最大リフト量）は、必要最小限のリフト量に止めておくことができる。すなわち、図４において、最大開弁時の弁カーテン面積Ｓ1と弁シート部８の実質開口面積Ｓ2が概ね一致する程度に抑えておくことができる。ちなみに、弁カーテン部面積Ｓ1とは、弁全開時における弁傘部分と弁シート部８とをつなぐ円筒部分の面積であり、弁シート部面積Ｓ2とは、弁シート部８の内周端と弁軸７ａとで囲まれるドーナツ状の面積であり、このように両面積Ｓ1、Ｓ2が概ね同一になるように最大リフト量を設定することにより、弁カーテン部から流入した排気ガスが、略無駄なく弁シート部８を通過して排気通路２に流入するようになる。すなわち、排気弁７の最大リフト量を無駄に高く設定する必要がなくなり、必要最小限に抑えることができ、これにより、カムのプロフィルの設計も容易になる。

（閉弁保持機構の設定３及び作用３）
前記図５の曲線Ｘ1の弁リフト特性を得たい場合には、油圧式開弁保持機構５０の油圧室５２の作動油を排出し、開弁保持ピストン５１を図３の最低高さＨ0まで下降させた状態に維持し、機関を運転する。

機関運転中、油圧式開弁保持機構５０が排気弁７の作動に関与することがないので、弁駆動カム機構３０のみによる開弁作動及び閉弁作動が行われる。すなわち、返弁作動時においても、図５の実線で示す曲線Ｘ1に従った弁リフト特性となる。

[発明の第２の実施の形態]
図６は、機関弁の再啓開を行えるようにした内燃機関に本発明を適用した場合の弁リフト特性である。再啓開を行えるようにする前提として、図１において、カム３３には、排気行程用の本来のカム山３３ａとは別に、仮想線で示すように再啓開用のカム山３３ｂが形成される。

油圧式開弁保持機構５０は、前記第１の実施の形態で説明したような本来の排気弁の弁リフト特性を変更する機能に加え、再啓開時において、図６に破線Ｘ7で示すように、最啓開期間Ｔ7を所望の長さだけ延ばせる機能を有する。すなわち、再啓開開始時に、図３の駆動用電磁開閉弁５５を開いて所定量の作動油を油圧室５２に供給し、弁駆動カム機構３０により図６の再啓開の最大開度まで開いた位置Ａ7で駆動用電磁開閉弁５５を閉じ、所定期間Ｔ7の経過後に、作動油出口用電磁開閉弁５９を開き、油圧室５２から作動油を逃がし、再啓開を終了するように設定する。

このように、油圧式開弁保持機構５０を利用して再啓開期間を任意に延長することにより、複雑な再啓開用のカム山を形成する必要がなくなる。すなわち、再啓開用のカム山３３ｂとしては、再啓開の初期リフト（微小リフト）を行えるだけの極めてやせたカム山を形成するだけでよく、再啓開期間は油圧式開弁保持機構５０により任意の長さに延長することができる。

[発明の第３の実施の形態]
図７は、１つの機関弁の油圧式開弁保持機構５０の作動油出口通路６９を、同じ気筒内の機関弁又は多気筒機関における他の気筒の機関弁の油圧式開弁保持機構５０の作動油入口通路６６に接続した例である。

図７の構成によると、一つの油圧式開弁保持機構５０の開弁保持ピストン５１の下降により発生する作動油圧を利用して、他の油圧式開弁保持機構５０の開弁保持ピストン５１を弁ばね１２に抗して微小高さ上昇させることができ、弁駆動カムによらず、再啓開動作が可能となる。

なお、図７において、前記図３で説明した部品又は部材と同じ部品又は部材には同じ符号を付しており、それらの説明は省略する。

[発明の第４の実施の形態]
図８は、１つの気筒Ｃ1内の吸気弁腕９５と排気弁腕１５にそれぞれ油圧式開弁保持機構５０を備えた内燃機関において、両油圧式開弁保持機構５０、５０の作動油出口通路６９、６９を、共通の電磁開閉弁５９に接続した構成である。図８の構成によると、電磁開閉弁５９の共通化により、部品コストの低減及びコンパクト化を図ることができる。各油圧式開弁保持機構５０の構造は、前記図３で説明した構造と同様である。また、１００は安全弁、１０１はチェック弁である。

なお、このように電磁開閉弁５９を共通化した場合でも、吸気弁の閉弁作動時に該吸気弁用開弁保持機構５０を作動させている間は、排気弁側の油圧式開弁保持機構５０は下降した状態に保たれており、反対に排気弁の閉弁作動時に油圧式開弁保持機構５０を作動させている間は、吸気弁側の油圧式開弁保持機構は下降した状態に保たれるので、共通の電磁開閉弁５９を利用することによって、吸、排気弁の各作動に支障を来たすことはない。

[発明の第５の実施の形態]
図９は、多気筒機関において、各気筒Ｃ1、Ｃ2に配置された油圧式開弁保持機構５０、５０の作動油出口通路６９、６９を、共通の電磁開閉弁５９に接続した例である。

図９の構造によると、電磁開閉弁５９の共通化により、部品コストの低減及びコンパクト化を図ることができる。

[発明の第６の実施の形態]
図１０は、開弁保持ピストン５１に切欠き８１、８３を形成すると共に、開弁保持ピストン５１を回動位置調節可能に構成することにより、可変オリフィス５３の開口部を覆う面積を変更し、それにより開弁保持ピストン５１の下降速度を任意に調節できるようにした構成である。

開弁保持ピストン５１の下半部には半円形の第１の切欠き８１を形成してあり、開弁保持ピストン５１を図１０の状態から図１１のような状態まで回動することにより、可変オリフィス５３の開口面積を所望の大きさに絞ることができるようになっている。

最終の環状切欠き８３は、連通路８４を介して第１の切欠き８１部分に連通しており、開弁保持ピストン５１の回動位置に拘わらず、開弁保持ピストン５１が最下位置まで下降した時に可変オリフィス５３を全開状態にするように構成されている。

図１０〜図１２のような切欠き８１、８３を有する開弁保持ピストン５１を備えていると、内燃機関の使用条件等に応じて、開弁保持ピストン５１の回動位置を調整することにより、閉弁速度を任意に調節でき、かつ、機関弁が着座した時点では、環状の最終切欠き８３を介して油圧室５２の作動油が完全に排出されるので、機関弁の確実な着座状態を確保することができる。

[発明の第７の実施の形態]
図１３は、切欠きを有する開弁保持ピストン５１の変形例であり、前記図１０と同様な第１の切欠き８１と最終の環状の切欠き８３に加え、前記第１の切欠き８１に続いて、円周方向の位置が異なる第２の切欠き８２を形成した例である。

図１３の構造のように、円周方向の形成位置が異なる２段形式に第１、第２の切欠き８１、８２を形成していると、開弁保持ピストン５１の下降行程において、第１の切欠き８１で一定速度減速した後、第２の切欠き８２により、可変オリフィス５３を覆う面積を増加させることにより、さらに減速させることができる。

[発明の第８の実施の形態]
図１４は切欠きを有する開弁保持ピストン５１のさらに別の例であり、切欠き８５の円周方向の端縁の形状を、開弁保持ピストン５１の下端から上方に行くに従い、可変オリフィス５３側に広がるように傾斜状（螺旋状）に形成してある。すなわち、開弁保持ピストン５１が下降するに従い、減速量が大きくなるように構成されている。

[その他の実施の形態]
（１）本発明は、吸気弁又は排気弁のいずれの機関弁にも適用可能であることを念のために記しておく。

（２）前記各実施の形態では、ＯＨＶ型内燃機関に適用した例を説明してあるが、ＯＨＣ型内燃機関に適用することも可能である。

本発明による可変動弁装置を備えた内燃機関の第１の実施の形態であって、排気弁部分の縦断面図である。 図１の矢印II部分の拡大図である。 油圧式開弁保持機構の拡大縦断面図である。 全開状態の排気弁部分を示す縦断面図である。 本発明を適用した場合の排気弁の弁リフト特性線図である。 本発明を排気弁再啓開用に適用した場合の排気弁の弁リフト特性線図である。 本発明の別の実施の形態を示す油圧式開弁保持機構の縦断面図である。 本発明の別の実施の形態を示す作動油用配管略図である。 本発明の別の実施の形態を示す作動油用配管略図である。 本発明の別の実施の形態を示す開弁保持ピストン部分の拡大縦断面図である。 図１０と同じ開弁保持ピストンであって、別の調整状態を示す拡大縦断面図である。 図１０のXII-XII断面図である。 本発明の別の実施の形態を示す開弁保持ピストン部分の拡大縦断面図である。 本発明の別の実施の形態を示す開弁保持ピストン部分の拡大縦断面図である。 従来例によるリフト特性線図である。

符号の説明

１ シリンダヘッド
２ 排気通路
７ 排気弁（機関弁の一例）
１２ 弁ばね
１５ 弁腕
３０ 弁駆動カム機構
３１ プッシュロッド
３２ タペット
３３ カム
５０ 油圧式開弁保持機構
５１ 開弁保持ピストン
５２ 油圧室
５３ 可変オリフィス（着座緩衝機構）
５４ 固定オリフィス（着座緩衝機構）
５５ 駆動用電磁開閉弁
５６ オイルポンプ
５９ 開弁保持用電磁開閉弁
６６ 作動油入口通路〔作動油入口部）
６９ 作動油出口通路（作動油排出部）
８１、８２、８３、８５ 切欠き（速度制御機構）
９５ 弁腕

Claims (20)

1. 弁ばねにより閉弁方向に付勢された吸気用又は排気用の機関弁を開閉作動させる内燃機関の可変動弁装置において、
   弁駆動カム機構と、
   該弁駆動カム機構とは別に機関弁に作用し、機関弁の閉弁作動を、弁駆動カム機構による閉弁作動よりも遅らせる開弁保持ピストンを有する油圧式開弁保持機構とを備え、
   開弁作動期間では弁駆動カム機構により機関弁を作動させ、閉弁作動期間では、弁駆動カム機構と油圧式開弁保持機構とを択一的に作動させるようにしてあることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記開弁保持ピストンの作動を制御することにより、開弁保持機構選択時における機関弁の開弁保持高さ及び開弁保持期間を連続的に変更可能となっていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
3. 請求項１又は２記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記開弁保持ピストンの作動を制御することにより、油圧式開弁保持機構選択時における機関弁の閉弁開始時期を変更可能となっていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   弁駆動カム機構は、タペット、プッシュロッド及び弁腕を順に介して機関弁に連動連結しており、
   プッシュロッドは、弁腕に対してプッシュロッド移動方向に相対移動可能に連結すると共に、補助ばねにより弁駆動カムのカム面に押し付けられ、かつ、上記相対移動可能な連結部分には脱落防止機構を設けてあることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   油圧式開弁保持機構は、該油圧式開弁保持機構選択時における開弁保持状態を解除した時に、機関弁の着座速度を制限する着座緩衝機構を有していることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
6. 請求項５記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   着座緩衝機構として、油圧室の作動油出口部に可変オリフィスを設けてあることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
7. 請求項６記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   着座緩衝機構として、油圧室の作動油出口部に可変オリフィスを設け、
   電磁開閉弁を備えた作動油入口部を油圧室底部に開口し、開弁保持ピストンの下降動作終端において前記電磁開閉弁を開放するようにしてあることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
8. 請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   開弁保持ピストンは、油圧室から上方に突出するように配置されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
9. 請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   油圧室の作動油圧力が所定値以上になった時に開いて油圧室内の作動油を逃がす安全弁が設けられていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
10. 請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
    弁駆動カム機構とは別体の油圧式開弁保持機構は、弁駆動カム機構を備えた内燃機関の本体に対し、着脱可能に取り付けてあることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
11. 請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
    油圧室の作動油出口部を他の機関弁用の油圧式開弁保持機構の油圧室の作動油入口部に連通し、油圧式開弁保持機構による開弁保持を開放した時に油圧室から排出される作動油を上記他の油圧式開弁保持機構の油圧室に供給するようにしてあることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
12. 請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
    弁駆動カム機構のカム面により決定される機関弁の最大高さは、弁カーテン面積が弁シート部の流通断面積と略同じなる程度に抑制されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
13. 請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
    油圧式開弁保持機構による開弁保持開始時期は、排気用の機関弁と機関ピストンが干渉しない弁高さに設定されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
14. 請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
    弁駆動カム機構のカム面には、機関弁開閉用の通常のカム山の他に再啓開用のカム山を形成し、
    油圧式開弁保持機構により、前記再啓開の期間を可変としたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
15. 請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
    １つの気筒内の吸気用の機関弁と排気用の機関弁にそれぞれ弁駆動カム機構及び油圧式開弁保持機構を設け、
    共通の電磁開閉弁により、各油圧式開弁保持機構の作動油排出部を開閉するようにしてあることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
16. 請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
    内燃機関は複数の気筒を有しており、
    共通の電磁開閉弁により、各気筒の油圧式開弁保持機構の作動油排出部を開閉するようにしてあることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
17. 請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
    油圧式開弁保持機構は、閉弁速度を調整可能な閉弁速度調整機構を有していることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
18. 請求項１７記載の内燃機関の可変動弁装置において、
    閉弁速度調整機構は、開弁保持ピストンに形成された切欠きと、油圧室に開口する可変オリフィスとから構成され、開弁保持ピストンを回動することにより、切欠きが上記可変オリフィスの開口部を覆う面積を調節可能としていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
19. 請求項１７記載の内燃機関の可変動弁装置において、
    開弁保持ピストンに形成される切欠きは、開弁保持ピストンの運動方向に複数形成してあることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
20. 請求項１９記載の内燃機関の可変動弁装置において、
    複数の切欠きは、弁保持解除後の閉弁作動時に、順次閉弁速度を遅くするように配置されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
    

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